6ES7232-0HB22-0XA8实体经营

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1 引言
我们知道，在化工生产中，自动化系统完成生产工艺参数的检测、显示、记录、调节、控制、报警等全程工艺过程控制功能，并且对提高化工生产线的作业率，善产品质量及缩短新产品、新工艺的开发周期也起着重要的作用。化工生产过程实时控制的特点是控制过程复杂，监控参数多且数据变化快，数据处理及存储量大。根据过程控制系统的特点及不同生产工艺过程控制要求，应用不同的控制系统才可以既又经济地完成生产任务。
目前，国内的大中型过程控制基本上以采用PLC和DCS为主。然而，由DCS与PLC发展而来的FCS(现场总线控制系统)由于同时具备DCS与PLC的特点，跨出了性的一步。目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能;而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。本文将简要分析PLC、DCS及FCS在不同的化工生产过程控制中的应用特点及选型原则。

2 各种控制系统的特点
2.1 PLC系统的主要特点
PLC系统的主要特点是:工作，运行速度快;积木式结构，组合灵活;良好的兼容性;程序编制及生成简单、丰富;网络功能强。PLC系统能很好地完成工业实时顺序控制、条件控制、计数控制、步进控制等功能;能够完成模/数(A/D)数/模(D/A)转换、数据处理、通讯联网、实时监控等功能。
2.2 DCS的主要特点
DCS具有以下主要特点:功能全;采用网络通讯技术;完备的开放系统;性高;具有综合性和性;实现了人机对话技术;系统扩展灵活;管理能力强。
2.3 FCS的主要特点
FCS主要有以下特点:FCS系统的是总线协议，即总线标准，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。开放的现场总线控制系统具有高度的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循该类型现场总线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性。FCS系统的基础是数字智能现场装置，系统结构具有高度的分散性;通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。因此，系统性高，扩展灵活，可大大降低安装成本。

3 过程控制系统的选型分析
随着微电子技术尤其是个人计算机技术的飞速发展，PLC和DCS的性能都有了较大的改进，PLC大大提高了数据处理能力和监控功能，DCS系统向开放性发展，操作站采用工控机，操作系统采用通用的bbbbbbs NT或bbbbbbs2000操作平台，PC机丰富的软件资源得以应用，因而大大降低了系统的繁琐程度和价格，提高了系统的性价比。PLC和DCS在抢占市场的过程中，两者相互借鉴、渗透、融合，大地增加了用户在设计和使用中的选择性。同时，由于各种控制系统生产制造厂较多，产品新换代快，也给系统选择带来了一定困难。而走向实用化的FCS，也正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上新型的控制系统。下面依据PLC、DCS和FCS的不同特点，针对化工新项目建设和老项目改造，对控制系统的设计选型和应用归纳总结以下原则进行选择。
3.1 按过程控制系统的控制规模及复杂程度
不同的化工生产过程，过程控制系统规模与复杂程度不同，通常在过程控制系统规模较大、复杂程度较高时选择DCS。因为该系统是根据过程控制系统的特点发展而来，它对大量的模拟量数据信息能较好地进行处理、分析、运算，能完成各种复杂、繁琐的调节控制计算，因此能完成规模大、复杂程度高的过程控制系统的工作。1994年在我厂的合成氨扩建和二套尿素工程设计中，根据此项原则，过程控制系统选用了美国罗斯蒙特公司的RS3 DCS系统，了较好效果，系统配置如图1所示。RS3系统和其他DCS系统一样，包括以下几个部分:控制单元、操作单元、I/O单元、数据总线。

3.2 按投资规模和项目经济效率合理选择
在一些小型化工项目中，特别是一些中小型改造项目，投资较少，规模较小的仪控系统应*选择价格相对低廉、性价比较高的PLC系统。如在2003年，我厂新上一套化工废水处理系统，根据此项原则选用了西门子公司生产的S7-300系列PLC系统，也了较好效果。

3.3 考虑系统连续性、兼容性及通讯性能
在一些化工改造项目中，如果原项目中已有计算机控制系统，则要考虑系统的连续性、兼容性及技术的连续性。1996年，我厂新建甲醛生产装置，控制系统采用美国罗斯蒙特公司的RS3，1999年系统扩建，新上胺生产线，考虑到系统使用年限较长，个别卡件已明显老化，并且备件价格较高，部分卡件已停止生产，故对系统进行升级换代，新增ROS系统，保证了系统的性、连续性、兼容性，方便了各工序间的通讯联系和化工生产管理网络的建设，减少了控制软件组态重复繁琐的劳动，降低了库存备品备件的成本。系统结构如

改造后系统结构的特点:在这种结构中，通讯网络采用冗余技术，可大大减低系统硬件故障给系统带来的影响，因为，只要系统的两个分支有一个工作正常，就至少能保证两个操作站能够正常工作，从而使由于硬件的故障造成的对工艺的影响降到。
3.4 考虑系统生产厂家技术服务性
目前在中国PLC系统和DCS系统的销售市场，国外生产厂家占有比例很大，并且一般在中国设有产品宣传和技术服务机构。由于国外公司经常进行重组合并或兼并，并且各公司产品结构、销售策略、市场占有方向各不相同，合并或兼并后，在中国市场的技术宣传务方面将有些变化，对企业用户的远期服务存在潜在的影响。因此，我们在选择系统时，应充分掌握信息，考虑系统生产厂家的技术服务性，以保所选系统的性、发展性，以保证具有充分的技术支持和备品备件供应。
3.5 考虑系统性、发展性
FCS是由DCS以及PLC发展而来，它保留了DCS的特点，或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训。由此而产生FCS将取代DCS的预期似乎也是顺理成章之事。为保证所选系统的性、发展性，我们在选择系统时，特别是一些大型化工项目，可考虑采用FCS。

4 结束语
综上所述，系统选型的原则可以从以下几个方面考虑:系统规模、复杂程度、系统的兼容及通讯性能，以及生产厂家技术支持和售后服务及系统的性、发展性等。在化工生产过程控制系统中，根据过程对象复杂程度不同，以及针对控制系统的性合理选择的不同控制系统，对保证生产过程控制系统的自动化水平，降低工程造价有着十分重要的意义

一、简介

ZR200型旋挖钻机是湖南省长沙市长沙中联重工科技发展股份有限公司（简称中联重科）自主研制开发的一种基础工程中成孔作业的施工机械。中联重科是我国工程机械制造业的企业，主要从事建筑工程、能源工程、交通工程等国家基础设施建设工程所需重大装备的研发制造。

中联重科ZR200型旋挖钻机是一种大口径桩基工程的成孔设备，采用卡特彼勒可拓展履带底盘、自行起落折叠桅杆、可伸缩钻杆和液压控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、彩色液晶触摸屏直接监控显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制，是大口径桩基础工程的理想的成孔设备。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是传统转盘钻机的5～10 倍。在国外发达国家旋挖钻机早已作为灌注桩的主要施工机种。近几年旋挖钻机在国内已广泛应用于铁路、公路桥梁、**建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。右图为中联重科ZR200型旋挖钻机照片。

ZR200型旋挖钻机的控制系统采用西门子S7-200CN系列PLC的CPU224主模块、EM223扩展模块及EM222扩展模块各一个，实现对旋挖钻机液压系统电磁阀的自动控制、外部传感信号检测及与液晶触摸屏通讯实现人机界面等功能。

二、控制系统方案设计

旋挖钻机结构复杂、外部传感装置分布较多、各机构动作逻辑性强，且作业时工况恶劣、机身振动强烈，需要设计采用、功能丰富的控制部件以完成其控制功能。同时操作人员也需要通过清晰、直观的人机界面对设备进行的掌握与控制。

通过选型对比，设计方案上采用西门子S7-200CN系列PLC作为控制系统的实现对旋挖钻机的控制、日本PROFACE GP系列液晶触摸屏作为人机界面对话设备，与外部传感装置、液压执行机构组成机电液一体化系统。下图为控制系统结构框图：

触摸屏作为人机界面对话设备，主要进行钻进深度、回转角度的显示、深度设置、时间校对、及实现有关功能切换、按钮、指示、系统调试等功能。共设有：主作业画面、参数设置画面、报警记录画面、系统调试画面。其中主作业画面是操作人员工作时的主要对话界面。下图为主作业画面图：

三、控制系统主要功能

西门子S7-200CN系列PLC是西门子公司为用户解决中小型自动化控制的主力产品。它具有运算速度快、功能齐全、性能、可灵活组合等特点，在的中小型自动化控制领域应用非常广泛。以下介绍S7-200CN系列PLC在旋挖钻机上的应用。

1、双向高速计数信号
S7-214CPU模块具有多路高速计数输入端口，可灵活设计实现多路单向、双向计数信号的检测。在旋挖钻机上应用其双向高速计数功能实现了上车回转角度、钻头钻孔深度检测。
旋挖钻机上车部分为液压驱动的立旋转机构。在设计中采用旋转编码器其转动角度，通过对编码器A、B两路脉冲信号的检测，PLC的双向高速计数输入端可准确计算出旋挖钻机上车的相对角度（0-360O）变化值。
同时PLC的复位信号输入端检测编码器的C相信号，在上车每次回转至编码器的一固定位置时将高速计数器内变量清零，可各种原因造成的计数误差，保证计数的准确性。
钻头钻孔深度检测的原理与上车回转角度基本相同，但复位信号采用按钮输入，由操作人员根据情况校准钻头深度零位值。在检测运算中计数值为钻头深度变化值。

2、左右控制手柄多路按钮信号的检测
旋挖钻机的控制主要通过驾驶座椅左右两个控制手柄的多个按钮控制实现，通过对PLC的指令编程，可转换实现按钮信号的上升沿、下降沿、延时控制等多种逻辑功能。

3、外部传感信号的检测
西门子S7-200CN系列PLC输入信号检测采用光耦隔离电流信号检测，可隔离输入信号线上因各种原因引起的非正常电气信号，电流信号检测方式可有效防止外部强干扰对正常信号的检测。同时各输入端输入信号的滤波时间可根据需要分别设置。
旋挖钻机各机构动作频繁、控制复杂，在使用中容易因误操作造成设备损坏。在设计中对各机构关键部位均安装了外部传感装置其状态，当出现紧急情况时PLC将通过外部传感装置信号控制相应机构立即保护动作，保护人身和设备。

4、实现对液压执行机构的控制
西门子S7-200CN系列PLC的继电输出模块可直接控制液压系统的直流电磁线圈，只需在电磁线圈两端并接外部抑制二管，可较好的保护并延长内部继电器触点的使用寿命。

5、与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯实现方便、直观的人机界面对话显示。
利用214CPU模块上的485通讯接口与PROFACE 的GP系列液晶触摸屏通讯，将PLC检测计算的旋挖钻机各参数直观的显示在触摸屏上，同时可直接通过触摸屏实现对液压系统的控制和调试。

中联重科ZR200型旋挖钻机于2005年初试制成功并通过工业考核，目前该产品已批量生产并销至全国各地，得到了用户的认可和信赖，成为我国自主的新一代重要桩基设备。

四、几点体会
西门子S7-200CN系列PLC在中联重科ZR200型旋挖钻机的应用中，能很好的实现所需的各种功能，以下为总结的设计体会。

直流供电型PLC可正常工作在DC20.4V-28.8V的标称值内，实际应用中可满足旋挖钻机DC24V的供电环境下，并能承受点火及作业过程中的各种干扰，非常适合工程机械的柴油发动机24V电源环境；丰富的高速计数端口适合与各种传感装置匹配进行信号检测；CPU模块内部集成的PPI通讯接口可实现多种方式的数据通讯，与多种触摸屏端口方便的实现通讯传输

一、概述
随着凯迪恩PLC应用范围的增加，在某些已经具有了很高的度。压瓦机就是这样。由于凯迪恩PLC性高、精度高、价格低，适合压瓦机自动控制，现在已广泛应用到单剪、琉璃瓦、C型钢等十几种彩钢瓦设备上。其中琉璃瓦和C型钢的控制系统以设计理念，通用性强，应用范围广而具有行业水平。下面简单介绍一下在C型钢设备上的应用。

二、工艺简述
带钢从设备的尾部送入，经过各种压辊压制成C型钢从头部送出。传统工艺中，C型钢压制成型后需要人工进行定长切断，再搬运到冲孔设备按照客户要求的尺寸打孔，生产不能连续，效率不高。凯迪恩公司技术人员与设备生产厂家密切配合，逐步改进生产工艺，终实现了全工艺过程自动控制，飞跃性地提高了生产效率，增加了客户设备的技术含量和附加值。
改进过程分三步完成。步改进，增加长度测量装置和飞锯，当压制长度达到设定的长度时飞锯动作，自动切断型材。二步改进，加一台打边孔的液压冲孔设备，一次同时冲四个孔，飞锯从中间切断，这样就形成了相邻两段C型钢的头、尾各两个边孔。三步改进，再增加一台打中孔的设备，在带钢压制过程中按用户设定的间距冲出中孔，大可以打16个中孔。四步改进，针对新型C型钢要求在型材中部打出双孔的要求，将边孔4孔冲孔模具改为2孔模具，修改打边孔的程序，使得边孔冲压设备能够在中部打出双孔，并且孔距由用户设定，大可以打8组双孔。这样就可以满足所有C型钢的要求了。现在以凯迪恩PLC为的C型钢控制系统能生产这种要求的型材，孔距和长度精度满足要求。
三、硬件配置
输入点：检测开关、操作开关等。
检测开关有：飞锯的起点、终点开关；边孔的起点、终点开关；中孔的起点、终点开关；编码器（A、B相）；
操作开关有：方式选择开关（自动、手动、中位）；辊道前进、后退；飞锯切断、返回；中孔下降、上升；边孔下降、上升；急停开关。
输出点：辊道电机（变频器）、液压电机；飞锯前进、后退阀；中孔下降、上升阀；边孔下降、上升阀；
硬件配置： KDN-K306-24AR 一台
KDN-K321-08DX 一台
KDN-KA文本屏 一台



四、控制工艺
PLC和文本屏程序包括六大功能：设备参数设定、手动对位、生产参数设定、报警查询、生产画面、厂家信息。以下是具体特点：
·设备参数是出厂前工厂内部设定的参数，是由设备制造厂的人员来设定的。
·生产参数是生产人员设定的，比如生产的张数、边孔个数、中孔个数及长度等参数。
·报警查询是当有报警发生时，显示画面自动跳转到报警画面。生产人员处理故障后按复位键，设备可转入正常生产。
·厂家信息是显示生产厂家名称、地址、电话等信息。
· 生产画面是正常生产时显示的信息，包括生产设定的张数、实际的张数、设定长度、当前长度等等。
·手动对位是一种很灵活的方式，可以生产任意长度的C型钢。
·密码功能是凯迪恩公司根据客户要求设计的保护设备厂家利益的特色功能，每一套设备一个密码，由设备厂家自行管理。
· 自动补偿功能保证成品精度，既能补偿过冲量，也能补偿收缩量。
·设备参数可以保存，生产参数保存三天，如果断电时间不过三天，上电后仍可继续按断电时的状态生产。

五、结束语
凯迪恩PLC在压瓦机行业的批量应用，证明了凯迪恩PLC优良的性能。同时凯迪恩工程技术人员具有丰富行业经验，能够与设备生产厂家紧密协作，共同推出适合行业特点的控制系统解决方案，这种协作将有利于设备厂家提升产品的竞争力。

随着我国房地产业的发展，也带来了电梯制造业的繁荣和激烈竞争，作为中国电梯行业羊的上海三菱，面临着的压力和竞争挑战。为了保持优势，在降低制造成本的同时也能增大产量来满足订单的需求，上海三菱电梯着手进行生产设备的改造和添置。
电梯的轿门(即电梯门)是整个电梯直接接触乘客的部分之一，每部电梯都会使用到几十甚至上百块轿门。一般的轿门均采用不锈钢或者类似的材料进行制造。为了美观，轿门板和其他工件的连接不能使用焊接、螺栓或者铆钉，而是要使用某种金属粘合剂。以前，的粘合剂的涂敷需要熟练的技术工人手工操作，但是涂抹的均匀度和速度都不能让人满意。同时，在凝固的时候没有专门的恒温加热设备，自然凝固的粘合质量难以控制。对于这个电梯中关键部件的制造，上海三菱电梯决定定做全新的生产线，在轿门涂胶这个工艺环节上进一步保证产品质量，提高生产效率。

流水线的工艺流程
在这套生产流水线的解决方案中，预加工好的不锈钢轿门板先在前处理工作台上进行清洁，然后送入涂胶平台，按照预先设定好的图案和涂胶量由全自动喷自动进行涂敷。操作工人确认涂敷无误后再在门板上安放好需要粘接的其他工件。

在涂胶完毕之后，门板被送入加载平台，加载平台将自动运行，把门板送入烘箱内进行加热。
烘箱内一共有4层，每层4个，一共16个工位，可以同时容纳16块门板进行加热，促使胶水凝固。每个工位的温度都是进行立控制的，以确保升降温的平滑性。同时，其加热时间也都是单进行计时，以保证不会有胶水被过分加热或者加热不足而导致质量问题。
这样，在预先设定好温度下，加热了设定的时间之后，门板会自动被送出烘箱，通过卸载平台放置到检查台上，经工人确认没有质量问题之后送进下个加工工段使用。至此整块电梯轿门涂胶加工完毕。

解决方案
经过多方比较，上海三菱电梯决定采用由奥地利Sigmatek公司生产的DIAS系列PLC和工业PC产品作为控制系统。
整个控制系统包括一台PCT121 工业PC担当的SoftPLC CPU。伺服控制模块一组，用以控制用3轴伺服电机驱动的涂胶平台。数字量和模拟量的输入输出模块若干，负责外围液压、气动以及变频器等执行设备的控制。此外还通过通讯端口同美国生产的胶水泵送、计量和喷系统进行通讯，共同配合使用。

PCT121工业PC不同于传统意义上的工控机。它采用了10.4寸TFT真彩液晶显示触摸屏，具有的显示效果。整个系统的各种参数均在这个界面上进行显示。而PCT121的处理器采用300MHz Inbbb Celeron芯片，内存64MB，内建10GB的硬盘。不论是运算的速度，还是针对生产数据的存储空间都可以说是绰绰有余。而其操作系统则是采用Sigmatek LASAL OS，而不是稳定性欠佳的bbbbbbs平台，保证了整个系统365X24小时连续运行的稳定性。
在3轴伺服电机驱动的涂胶平台方面，整个系统采用了3套YASKAWA安川交流伺服。可通过进行X、Y两轴联动画出任意的平面曲线。通过Z轴调整涂胶喷头的高度，以便适应不同的厚度。所有伺服控制程序的运算由PCT121进行，再由Sigmatek的伺服控制模块进行发出和接受位置控制和编码器反馈的信号来进行闭环控制。
除去需要控制伺服涂胶，侦测各类限位开关信号和控制液压输送回路之外，PCT121还需要进行16路的PID温度闭环控制。通过16组电加热丝以及变频器带动的风冷机构之间的交替动作，可以地立控制每个门板的温度，精度达正负0.5度。
除了上述的工作之外，PCT121还需要计算每块门板的加热时间，还要保证各个工作之间的互锁保护等等任务。

后期改造工程
整套生产线于2002年底投产之后一直运行正常，为上海三菱电梯的增产增效做出了贡献。在将近一年的使用之后，上海三菱电梯决定将这套生产线的控制系统并入工厂ERP的监控网络之内，这是当初设计制造的时候所没有提出的要求。
所幸，Sigmatek的软硬件系统均具有良好的开放性和可扩展性，系统程序也非常容易进行修改和升级。经过双方的沟通，鼎茂兴公司技术人员用数天的时间进行讲解和培训，后，和上海三菱电梯的工程师一起进行了将该生产线并入ERP系统的改造。

由于PCT121工业PC自带有以太网接口，所以省去了扩展硬件的麻烦。通过简单地配置启动参数，直接将PCT121定义好IP地址、DNS、默认网关等参数，便顺利接入了车间现场的交换机，并路由成功。由于LASAL采用变量的方式取代了一般PLC编程的地址定义方式，所以在后期的修改上就变得为简单。工程师们根据ERP系统所需要读取的生产参数，对应找到了原程序中的各个LASAL系统变量，这样就可以直接修改程序来实现进行发送和读取的相关功能了。经过一段时间的程序编写和调试，PCT121顺利和SAP R/3以及完成了信息的交换。ERP可以直接地实时得知生产线的当前值班职工编号、生产产品型号、产量、累积产量、设备状态、报警信号等等信息，还可以上传备份生产数据，甚至可以直接远程控制生产线紧急停车。至此这条轿门涂胶生产线已经成功地和上海三菱电梯的ERP系统完成了整合。

SIGEMTEK应用优点

1. 编程简便快捷，易于修改和扩展；
2. 实现了双轴联动的率运行，确保精度；
3. 强大的处理性能保证了多路PID温度控制的性；
4. 人机界面上对工艺过程实时监控和动画显示，能够
5. 高度可拓展性保了系统升级，新和生产规模化的简便。